“新工科”背景下冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系探索

胡紹巖　王德永　盛敏齊　屈天鵬

摘 要 本文以蘇州大學(xué)冶金工程專業(yè)“新工科”建設(shè)為背景，論述了學(xué)科交叉融合的必要性和緊迫性，構(gòu)建了以冶金基本原理為核心，以工藝開發(fā)、設(shè)備認(rèn)知、檢測技術(shù)、控制技術(shù)、模型算法、工程管理為輔助的課程體系，強(qiáng)化虛擬仿真、工程實(shí)踐和融合訓(xùn)練，“頭腦風(fēng)暴”貫穿教育全過程，著力培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬領(lǐng)域、重應(yīng)用、懂管理的復(fù)合型工程技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞 新工科 冶金工程 學(xué)科交叉 復(fù)合型人才

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.038

Abstracts Based on the background of "New Engineering Education" construction in Soochow University， this paper discusses the necessity and urgency of interdisciplinary integration. A curriculum system coupled with metallurgical principles and process development， equipment cognition， detection technology， model algorithm， engineering management is proposed. The goal is to cultivate compound engineering and technical personnel with thick foundation， wide field， heavy application and understanding management.

Keywords new engineering; metallurgical engineering; interdisciplinary integration; compound talents

0 引言

中國正處于由“制造業(yè)大國”向“制造業(yè)強(qiáng)國”邁進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期，亟須進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和科技創(chuàng)新發(fā)展，教育部于2017年開始持續(xù)推動(dòng)新工科研究和實(shí)踐，“新工科”計(jì)劃的提出可謂恰逢其時(shí)。圍繞工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)新模式、教育教學(xué)新質(zhì)量、分類發(fā)展新體系5個(gè)方面，大力推進(jìn)工程教育改革創(chuàng)新，培養(yǎng)造就一批多樣化、創(chuàng)新性的卓越工程技術(shù)人才，適應(yīng)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，引領(lǐng)中國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。[1]

冶金工業(yè)屬于傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域，為建筑、交通、機(jī)械、化工、能源、航空航天、國防軍工等各行各業(yè)提供所需的材料產(chǎn)品，是國家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。[2]現(xiàn)代冶金工業(yè)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展和科技變革，早已擺脫“傻大黑粗”的傳統(tǒng)印象，取而代之的是自動(dòng)化、信息化、智能化的先進(jìn)生產(chǎn)工藝流程，[3]各種機(jī)器人、傳感器、高端儀器設(shè)備、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、智慧算法在冶金企業(yè)中廣泛應(yīng)用，冶金工業(yè)的產(chǎn)品升級(jí)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)對(duì)傳統(tǒng)的冶金工程教育模式也提出了新的挑戰(zhàn)。[4]

1 傳統(tǒng)教育模式存在的問題

傳統(tǒng)的工程教育模式，過分拘泥于專業(yè)的細(xì)節(jié)，強(qiáng)調(diào)專業(yè)的深度，容易將學(xué)生的思維局限在狹小的專業(yè)空間內(nèi);[5]此外，課程設(shè)置以工藝類課程為主，忽視機(jī)械設(shè)備、自動(dòng)化控制等工藝載體，導(dǎo)致學(xué)生難以真正理解工程問題。

冶金工程專業(yè)涉及選礦、燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、煉鐵、煉鋼、精煉、鑄造等多個(gè)生產(chǎn)工序，涉及物質(zhì)流、能量流、信息流等多要素協(xié)同，工藝流程長，生產(chǎn)設(shè)備繁多，生產(chǎn)組織復(fù)雜。傳統(tǒng)教育模式培養(yǎng)的學(xué)生缺乏系統(tǒng)觀和大工程觀，在工程實(shí)踐中難以系統(tǒng)全面地分析問題和解決問題。實(shí)踐表明，學(xué)科隔閡、創(chuàng)新思維訓(xùn)練不足、深層次的工程實(shí)踐缺失等是制約冶金工程專業(yè)培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬領(lǐng)域、重應(yīng)用、懂管理的復(fù)合型工程技術(shù)人才的關(guān)鍵因素。[6]

首先，冶金專業(yè)本科階段課程受限于較狹窄的冶金學(xué)科領(lǐng)域限制，以冶金基礎(chǔ)課和冶金專業(yè)課為主，通識(shí)教育不足，知識(shí)面窄，無法滿足工程實(shí)踐中多學(xué)科交叉融合的現(xiàn)狀。

其次，現(xiàn)有培養(yǎng)模式是以教師為中心的，教師教什么，學(xué)生學(xué)什么，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力及解決冶金相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題能力的訓(xùn)練仍顯不足。

此外，工程教育離不開工程實(shí)踐，目前普遍采取的認(rèn)知實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式難以真正落實(shí)，受限于安全問題、組織協(xié)調(diào)問題等，學(xué)生在生產(chǎn)現(xiàn)場普遍是走馬觀花，無法將理論學(xué)習(xí)與實(shí)際生產(chǎn)真正結(jié)合起來并融會(huì)貫通。

2 學(xué)科交叉的必要性探討

現(xiàn)實(shí)中，哪怕一個(gè)小產(chǎn)品都可能涉及多學(xué)科問題，如發(fā)光二極管（LED），從學(xué)科言，涉及電子、物理、材料、制造、機(jī)械等諸多領(lǐng)域。可見，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的時(shí)代，在新的工業(yè)革命來臨之際，人們必須充分意識(shí)到今后遇到的科技問題和工程問題都將越來越復(fù)雜，僅靠單一學(xué)科往往難以有效解決，多學(xué)科交叉的重要性將日益凸顯。強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉，就是要考慮科技創(chuàng)新的上下游融通和不同學(xué)科的融通，加強(qiáng)基礎(chǔ)學(xué)科之間、基礎(chǔ)學(xué)科與應(yīng)用學(xué)科、科學(xué)與技術(shù)、自然科學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)的交叉融合，在交叉學(xué)科領(lǐng)域耕耘具有顛覆性意義的原創(chuàng)性成果。[7-9]

對(duì)于冶金工程領(lǐng)域，不僅要通過領(lǐng)域內(nèi)部相互借鑒、相互滲透促成新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，同時(shí)也要加強(qiáng)與相關(guān)聯(lián)學(xué)科領(lǐng)域的相互交叉融合，形成多學(xué)科、多產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)系統(tǒng)性、顛覆性技術(shù)的產(chǎn)生。[10]

因此，“新工科”要幫助學(xué)生建立多學(xué)科交叉的意識(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到新技術(shù)的發(fā)展需要依賴于多學(xué)科交叉，養(yǎng)成在多學(xué)科空間觀察、思考問題的習(xí)慣，釋放學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。[11]“新工科”教育體系需要重新審視專業(yè)邊界，以冶金工程專業(yè)為例，將傳感器與檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等專業(yè)知識(shí)納入課程體系是十分必要的。[12]

3 復(fù)合型人才培養(yǎng)體系構(gòu)建

冶金工程專業(yè)是蘇州大學(xué)“新工科”建設(shè)的重點(diǎn)專業(yè)，學(xué)院自成立以來一直以建設(shè)國際一流的冶金人才培養(yǎng)和冶金技術(shù)研發(fā)中心為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉融合，目前已形成先進(jìn)鋼鐵流程關(guān)鍵技術(shù)、輕金屬材料制備與成形、冶金資源高效清潔利用、新能源材料制備4個(gè)特色發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)金屬材料研發(fā)、冶煉、加工、循環(huán)的全流程化。

以教育部“新工科”建設(shè)為契機(jī)，學(xué)院對(duì)課程體系和人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了全新的升級(jí)，圍繞冶金基本原理這一核心，開設(shè)有關(guān)冶金設(shè)備、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、模型算法、工程管理等的系列課程，著力培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬領(lǐng)域、重應(yīng)用、懂管理的復(fù)合型工程技術(shù)人才。

在具體的課程體系方面，分階段設(shè)置基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、虛擬仿真課程、工程實(shí)踐和融合訓(xùn)練。在基礎(chǔ)課程中，充分利用學(xué)生在高中時(shí)期積累的理科知識(shí)，進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，正如習(xí)近平總書記所說“基礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖”，為學(xué)生今后的科研之路奠定基礎(chǔ);在此前提下，結(jié)合冶金過程的基本原理，開設(shè)冶金物理化學(xué)、冶金傳輸原理、凝固原理、材料科學(xué)基礎(chǔ)等專業(yè)基礎(chǔ)課程，將數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)的應(yīng)用推進(jìn)至冶金學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)。夯實(shí)理論基礎(chǔ)對(duì)于后續(xù)工藝問題的理解和再創(chuàng)新都是至關(guān)重要的。

在專業(yè)課程方面，不區(qū)分鋼鐵冶金和有色金屬冶金，統(tǒng)一開設(shè)鋼鐵冶金學(xué)和有色金屬冶金學(xué)課程，促進(jìn)黑色金屬和有色金屬冶煉工藝方法的交叉融合，互相借鑒、互相學(xué)習(xí);此外，近些年新的冶金工藝迅速發(fā)展，如電渣冶金、電磁冶金、生物冶金、超重力冶金、懸浮冶金、真空冶金、微波冶金、超聲波冶金、太陽能冶金等等，也應(yīng)予以重視并編入課程內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生開拓思維，銳意創(chuàng)新。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)開設(shè)冶金生態(tài)學(xué)、現(xiàn)代冶金裝備與技術(shù)、傳感器技術(shù)與智能控制等相關(guān)課程，鼓勵(lì)學(xué)生自主調(diào)研和課外探索，提出新思路、新工藝、新裝置等。

在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化虛擬仿真技術(shù)在冶金教學(xué)中的應(yīng)用，[13]充分利用學(xué)院自主開發(fā)的煉鋼過程虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)和國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺(tái)，通過虛擬仿真的三維視圖來真實(shí)感知現(xiàn)場工藝設(shè)備，了解每個(gè)工序的設(shè)備組成、工序與工序之間的配置關(guān)系。開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)典型冶金工序的生產(chǎn)操作，將所學(xué)理論知識(shí)與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。鼓勵(lì)學(xué)生參加鋼鐵模擬冶煉大賽，以賽促學(xué)，加深學(xué)生對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的認(rèn)知。

進(jìn)一步，開展多樣化的工程實(shí)踐教學(xué)，包括冶金實(shí)驗(yàn)室參觀、冶金過程典型案例教學(xué)、冶金企業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等多種方式。通過冶金實(shí)驗(yàn)室參觀讓學(xué)生了解當(dāng)前冶金工程學(xué)科開展科學(xué)研究的基本手段，通過冶金過程典型案例教學(xué)向?qū)W生展示冶金生產(chǎn)中存在的典型問題、發(fā)生原因及解決手段，務(wù)必讓學(xué)生在走進(jìn)冶金企業(yè)實(shí)習(xí)之前形成感官認(rèn)識(shí)。認(rèn)知實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)必須做到實(shí)處，采取小組式輪崗實(shí)習(xí)方式，每組3～5人，確保每個(gè)學(xué)生都能看到、聽到、體驗(yàn)到;建立健全本科生校內(nèi)-校外雙導(dǎo)師制，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題。

最后要開展學(xué)生專業(yè)能力的融合訓(xùn)練，一方面通過開設(shè)鋼鐵廠設(shè)計(jì)、冶金流程工程學(xué)、生產(chǎn)運(yùn)營管理、政治經(jīng)濟(jì)學(xué)等課程培養(yǎng)學(xué)生的大工程觀、系統(tǒng)觀和宏觀思維，讓學(xué)生跳出單一工序的限制，站在更高的高度上審視問題。另一方面是鼓勵(lì)學(xué)生提前進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室，積極參加科技競賽和科研項(xiàng)目，熟悉研究課題的提出、論證、開展和分析（下轉(zhuǎn)第89頁）（上接第86頁）流程，既能宏觀認(rèn)識(shí)科研項(xiàng)目的實(shí)施過程，又能鍛煉自身的動(dòng)手實(shí)踐能力。

此外，要將“頭腦風(fēng)暴”式的創(chuàng)新訓(xùn)練貫穿全程。將學(xué)生的非正式學(xué)習(xí)納入教育者的考慮之中，在課堂上拋出開放式問題，引導(dǎo)學(xué)生在課余時(shí)間進(jìn)行自主探索、廣泛涉獵，了解科技發(fā)展動(dòng)態(tài)和前沿趨勢，然后在課堂上進(jìn)行自由討論，激發(fā)學(xué)生的科研興趣。

制定完善的人才培養(yǎng)體系，著力推動(dòng)學(xué)科交叉融合，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和科研興趣，既有助于“新工科”背景下復(fù)合型人才的培養(yǎng)，也有助于冶金工程學(xué)科的長遠(yuǎn)健康發(fā)展。

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